論文の概要: Dissipative and dispersive cavity optomechanics with a frequency-dependent mirror

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.15311v2
• Date: Wed, 6 Mar 2024 08:20:59 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-07 17:45:21.239166
• Title: Dissipative and dispersive cavity optomechanics with a frequency-dependent mirror
• Title（参考訳）: 周波数依存ミラーを用いた散逸・分散キャビティ光学
• Authors: Juliette Monsel, Anastasiia Ciers, Sushanth Kini Manjeshwar, Witlef Wieczorek, Janine Splettstoesser
• Abstract要約: マイクロキャビティベースの光学系は未解決のサイドバンド系に配置され、サイドバンドベースの基底状態冷却を防ぐ。 このような光学系を解析し、一方の鏡は周波数依存性が強く、すなわち懸濁したファノ鏡を解析する。 我々は、標準分散光学結合と散逸結合の両方を含む量子結合モード記述を定式化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: An optomechanical microcavity can considerably enhance the interaction between light and mechanical motion by confining light to a sub-wavelength volume. However, this comes at the cost of an increased optical loss rate. Therefore, microcavity-based optomechanical systems are placed in the unresolved-sideband regime, preventing sideband-based ground-state cooling. A pathway to reduce optical loss in such systems is to engineer the cavity mirrors, i.e., the optical modes that interact with the mechanical resonator. In our work, we analyze such an optomechanical system, whereby one of the mirrors is strongly frequency-dependent, i.e., a suspended Fano mirror. This optomechanical system consists of two optical modes that couple to the motion of the suspended Fano mirror. We formulate a quantum-coupled-mode description that includes both the standard dispersive optomechanical coupling as well as dissipative coupling. We solve the Langevin equations of the system dynamics in the linear regime showing that ground-state cooling from room temperature can be achieved even if the cavity is per se not in the resolved-sideband regime, but achieves effective sideband resolution through strong optical mode coupling. Importantly, we find that the cavity output spectrum needs to be properly analyzed with respect to the effective laser detuning to infer the phonon occupation of the mechanical resonator. Our work also predicts how to reach the regime of nonlinear quantum optomechanics in a Fano-based microcavity by engineering the properties of the Fano mirror.
• Abstract（参考訳）: 光学マイクロキャビティは、光をサブ波長ボリュームに閉じ込めることで、光と機械運動の相互作用を著しく向上させることができる。 しかし、これは光学損失率の増加のコストがかかる。 したがって、マイクロキャビティベースの光機械システムは未解決のサイドバンド方式に置かれ、サイドバンドベースの地中冷却が防止される。 このようなシステムにおける光損失を減らす経路は、キャビティミラー、すなわち機械共振器と相互作用する光モードを設計することである。 本研究では,このような光学系の解析を行い,鏡の1つは周波数依存性が強く,つまり懸濁したファノミラーである。 この光学力学系は、懸濁したファノミラーの運動と結合する2つの光学モードからなる。 我々は、標準分散光機械結合と散逸結合の両方を含む量子結合モード記述を定式化する。 線形状態におけるシステム力学のランゲヴィン方程式を解くことにより, 空洞が分解側バンド状態では無くとも, 室温から基底状態の冷却が可能であることを示すが, 強い光モード結合により有効なサイドバンド分解能を実現することができる。 さらに, キャビティ出力スペクトルは, 機械的共振器のフォノン占有率を推定するために, 効果的なレーザデチューニングに関して適切に解析する必要があることがわかった。 また, ファノミラーの特性を解析することにより, ファノ系マイクロキャビティにおける非線形量子光力学の展開を予測した。

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